در سال های اخیر تلاش های زیادی برای طراحی و کنترل تولید مواد نانوساختار با خواص کاربردی جدید صورت پذیرفته است. علاقه به مواد با مقیاس نانو از این حقیقت سرچشمه می-گیرد که خواص این مواد (نوری، الکتریکی، مکانیکی، شیمیایی و ...) تابعی از اندازه، ترکیب و ساختار آن ها می باشد. به هرحال ارائه روش های موثر که بطور قابل اعتماد و تکرارپذیر بتواند تقاضاهای جدید نانوفناوری را برای تولید نانومواد با خواص ویژه برآورده کند الزامی است. یکی از روش های مرسوم برای سنتز نانوساختارهای ویژه استفاده از الگوها می باشد. این روش علاوه بر سادگی، ارزان بوده و قابل دسترس می باشد. دسته مهمی از مواد که دارای خواص وابسته به اندازه بوده و کابردهای وسیعی دارند، نیمه رسانا ها می باشند. کادمیم سولفید یکی از پرکابردترین نیمه رسانا ها بوده و در تولید انواع دیود لیزرها، ترانزیستورها و ... مورد استفاده قرار می گیرد. سنتز این ترکیب با خواص الکتریکی جدید، تولید و بهبود کارائی انواع قطعات الکترونیکی را ممکن می سازد. در این پژوهش با استفاده از روش الگوبرداری از فرم های تجمعی سورفکتنت ها کادمیم سولفید با دو نانوساختار متفاوت (نانوکره های توخالی و نانوکره های توخالی هسته ـ پوسته) سنتز و مورد برسی قرار گرفته است. خواص ترکیبات تهیه شده با استفاده از تکنیک های تصویربرداری و طیف سنجی مورد برسی قرار گرفته است. تمرکز اصلی در این پژوهش بر روی سنتز و بررسی اثر اندازه بر روی خواص الکتریکی مواد تهیه شده می باشد. در فصل اول نانوفناوری به صورت مختصر معرفی شده و برخی از خصوصیات نانومواد و روش های سنتز آن ها شرح داده شده اند. در فصل دوم دستگاه ها، مواد مورد استفاده و آزمایش های انجام شده توضیح داده شده اند. در فصل سوم نتایج بدست آمده ارائه شده و مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. در نهایت نتایج بدست آمده با حالت توده ای کادمیم سولفید و ساختارهای متفاوت مقایسه شده اند.

در این پژوهش نانو سیلیکای کروی تحت شرایط قلیایی با استفاده از ستیل تری متیل آمونیوم -بروماید به عنوان قالب و تترا اتوکسی اورتو سیلیکات به عنوان منبع سیلیکا بوسیله روش سل-ژل تهیه شده است. اتصال گروههای عاملی آمین به نانو سیلیکای کروی سنتز شده بصورت موفقیت آمیزی با استفاده از روش پیوند زنی فاز مایع انجام گرفته است. همچنین کاربرد نانو سیلیکای کروی، نانو سیلیکای کروی عامل دار شده با گروههای آمین و سیلیکا ژل عامل دار شده با گروههای عاملی آمین برای حذف کادمیوم، نیکل و سرب از محلول های آبی آزمایش شده و مورد بررسی قرار گرفته است. اثر زمان تماس، غلظت یون فلزی بر روی ظرفیت جذب سطحی نانو سیلیکای عامل دار شده و آنالیز سینتیکی جذب سطحی و تعیین زمان تعادل انجام شده است. ایزوترم های لانگمویر، فروندلیچ و لانگمویر-فروندلیچ برای داده های تعادلی به منظور توضیح مکانیسم جذب سطحی به کار گرفته شده است. همچنین معادله های شبه مرتبه ی اول و شبه مرتبه ی دوم نیز به منظور توضیح مکانیسم سرعت جذب سطحی استفاده شده است.

نانوساختار ها واحد های ساختمانی اصلی برای دسته وسیعی از نانو ابزارها هستند. از?زمان کشف نانولوله های کربنی ساخت و شناسایی سایر مواد یک بعدی بسیار مورد توجه قرار گرفته است . نانومیله ها، نانوسیم ها، نانونوار ها و نانولوله ها دسته ای از نانومواد ناهمسانگرد هستند که به عنوان ساختار های شبه تک بعدی مورد بررسی قرار می گیرند. نانو سیم ها موادی خوش آتیه در بسیاری از کاربرد های جدید از سنسور های شیمیایی و بیولوژیکی تا ابزارهای الکترونیکی و نوری هستند. این امر نه تنها به خاطر هندسه ی منحصر به فردآنها است بلکه به دلیل خواص فیزیکی ویژه شامل خواص الکتریکی، مغناطیسی، نوری و شیمیایی نیز می باشد. به همین منظور در این پژوهش سنتز، شناسایی ساختار و خواص نانوسیم های آلیاژی co-al و co-al-fe که توسط روش ساده الکتروانباشت شیمیایی در حفرات قالب تولید می شوند مورد بررسی قرار گرفته است. در این پایان نامه، اکسید آلومینیوم آندی aao)) به عنوان قالب برای ساخت آرایه ای بسیار منظم از نانوسیم های آلیاژی مورد استفاده قرار گرفت. این قالب به روش آندایز دو مرحله ای ساخته شد. می توان ضخامت لایه سدی را توسط یک فرآیند الکتروشیمیایی اضافی بعد از اتمام آندایز اصلاح کرد. نازک سازی لایه سدی باعث ایجاد ساختار های ریشه ای در انتهای حفره ها شده و الکتروانباشت نانوسیم ها داخل قالب را مقدور می سازد. در ادامه، اثر کسر مولی، ph محلول الکتروانباشت، دمای تابکاری، فرکانس و شکل موج ولتاژ متناوب روی ساختار کریستالی و خواص مغناطیسی نمونه های انباشت شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین جهت گیری کریستالی نانو سیم های بدست آمده، توسط تکنیک xrd مشخص شد. حلقه های هیسترزیس بوسیله دستگاه مغناطومتر نیروی گرادیان متناوب (agfm) تعیین و مشخص شد که این نانوسیم ها دارای یک ناهمسانگردی مغناطیسی مشخص هستند

در این پایان نامه به سنتز و بررسی خواص نانوسیم های آلیاژی کبالت- قلع پرداخته شده است. از قالب اکسید آلومینیوم متخلخل آندی (aao) برای ساخت آرایه نانوسیم های مغناطیسی کبالت- قلع استفاده می شود. لایه متخلخل aao با استفاده از روش آندایز دو مرحله ای بر روی فویل آلومینیوم تهیه می شود. از فویل آلومینیوم با درصد خلوص بالا (9/99 درصد) استفاده می کنیم که آن را در جریان گاز آرگون در دمای 400 درجه سانتیگراد به منظور از بین بردن تنش های مکانیکی و رفع نواقص ساختار بلوری، تحت تابکاری حرارتی قرار می دهیم. در ادامه نمونه در محلول الکترولیت شامل اسید پرکلریدریک و اتانول الکتروپولیش می شود تا سطح نمونه یکنواخت شود. آندایز مرحله اول با اعمال پتانسیل ثابت در محلول آبی 3/0 مولار اسید سولفوریک، که ولتاژ ثابت اعمالی 25 ولت می باشد، انجام می گیرد. بعد از آندایز مرحله اول، لایه متخلخل آلومینا با استفاده از سونش شیمیایی در محلول آبی شامل مخلوطی از اسید فسفریک و اسید کرومیک در دمای 70 درجه سانتیگراد انجام می گیرد. آرایه نانوحفره های منظم بعد از آندایز مرحله دوم که با شرایطی مشابه با آندایز مرحله اول انجام می گیرد، بدست می آید. زمان آندایز مرحله اول و دوم به ترتیب 7 ساعت و 30 دقیقه می باشد. بعد از آندایز مرحله دوم ار تکنیک کاهش تدریجی ولتاژ تا 8 ولت، به منظور کاهش ضخامت لایه سدی مورد استفاده قرار می گیرد تا در ادامه الکتروانباشت بهتری داشته باشیم. طی این فرآیند ولتاژ در 8 ولت ثابت نگه داشته می شود تا ضخامت لایه سدی در تمام نقاط یکنواخت شود. از تصاویر sem و afm برای بررسی نظم و اندازه گیری سایز حفره ها پس از فرآیند آندایز مرحله اول، دوم و سونش شیمیایی استفاده می شود. تصاویر نشان می دهد که قطر حفره ها حدود 9/29 نانومتر، فاصله بین تخلخلی 9/49 نانومتر و قطر سل حدود 3/44 نانومتر اندازه گیری شده است. فرآیند الکتروانباشت با استفاده از یک سل دو الکترودی انجام می-گیرد. قالب به عنوان یکی از الکترود ها و قطعه ای از پلاتین به عنوان الکترود دیگر استفاده می شود. محلول الکترولیت با استفاده از coso4 و snso4 با سه ph متفاوت (2، 4 و 6) تهیه می شود. الکتروانباشت متناوب تحت ولتاژ قله تا قله 30 ولت و فرکانس 200 هرتز به مدت 5 دقیقه انجام می گیرد. از sem برای مشاهده نانوسیم ها استفاده می شود زمانی که نانوسیم ها را با استفاده از محلول 1 مولار از سود که قالب را حل می کند، از آن خارج کرده ایم. از تکنیک xrd برای بررسی ساختار بلوری نانوسیم ها استفاده می کنیم. برای بررسی خواص مغناطیسی نانوسیم ها از دستگاه agfm استفاده می شود. برای بررسی ترکیب نانوسیم های آلیاژی co1-xsnx از طیف edx استفاده می شود. اندازه گیری خواص مغناطیسی نشان می دهد که خواص مغناطیسی نانوسیم های آلیاژی ساخته شده تحت تاثیر غلظت، ترکیب، ph محلول الکترولیت، فرکانس و شکل موج الکتروانباشت و فرآیند تابکاری می باشد. از طرف دیگر میدان وادارندگی و نسبت مربعی بودن نانوسیم های آلیاژی ساخته شده با نانوسیم های کبالت خالص مقایسه و مشخص می شود با افزایش میزان قلع در ساختار نانوسیم ها خواص تغییر زیادی کرده اند. مشاهدات نشان می دهد که خواص مغناطیسی نانوسیم های آلیاژی با تابکاری تا دمای 575 درجه سانتیگراد، تغییرات زیادی داشته است. اما ناسیم های کبالت خالص تحت تاثیر تابکاری حرارتی تغییر چندانی در خواص مغناطیسی نشان نمی دهند. نتایج تجربی نشان می دهد که شکل موج سینوسی و فرکانس 200 هرتز مناسب ترین شرایط برای الکتروانباشت نانوسیم هاست. همچنین مشخص شد خواص مغناطیسی نانوسیم ها با تغییر ph ،تغییر می کند.

بررسی های هیدرودینامیک و انتقال جرم در فرآیند استخراج مایع- مایع با قطرات منفرد شامل نانوذرات اکسید آهن و اکسید آلومینیوم انجام شد. سیستم شیمیایی تولوئن- اسید استیک- آب در حالی که قطرات نانوسیال فاز آلی را تشکیل می دادند، استفاده گردید. نانوذرات سنتز شده، به وسیله ی اسید های چرب با هدف آبگریز کردن و آسان نمودن پراکندگی در فاز آلی، اصلاح شدند و افزایش در سرعت انتقال جرم بالای 157% و 121% با بکار گیری حدوداً 002/0 درصد وزنی از نانوذرات اکسید آهن و اکسید آلومینیوم بدست آمد، گرچه با افزایش بیشتر نانوذرات، کاهش در انتقال جرم مشاهده گردید. علت تغییرات می تواند نانوجابجایی و تجمع ذرات به دلیل در هم رفتگی لایه های اسید های چرب نانوذرات باشد. همچنین یک منبع مغناطیسی در یک نقطه از ستون بکار گرفته شد که در نتیجه ضریب انتقال جرم با حضور میدان مغناطیسی افزایش یافت و با افزایش شدت مغناطیسی این افزایش بیشتر است. بعلاوه این افزایش برای قطرات کوچک تر بیشتر بود. با هدف مدلسازی، ضریب افزایش تعیین شده توسط یک رابطه ی تجربی مدلسازی گردید که می تواند در معادله ی نیومن بکار رود و ضریب کلی انتقال جرم پیش بینی گردید. تاثیر غلظت نانوذرات منظور گردید. در این رابطه تغییرات عدد رینولدز و نسبت فاصله بین ذرات به شعاع ذرات مورد بررسی قرار گرفت. با بکار گیری مدل، مقادیر ضریب کلی انتقال جرم بدست می آیند که با نتایج تجربی میزان انحراف نسبی برابر 18%± برای هردو نانوسیال را نشان می دهند.

چکیده: فرآیندهای اکسایش پیشرفته به عنوان تکنیک های کارآمد در تصفیه ی آلایندهای آلی در محیط های آبی شناخته شده اند. هدف اصلی در این پروژه طراحی و بکارگیری شکل های ترکیبی گوناگون از این فرآیندها به منظور تقویت بازده می باشد. یک ماده ی آلی به نام رنگزای دایرکت رد 16 (dr16) به دلیل حضور زیاد در پساب های صنعتی، به عنوان آلاینده ی هدف (الگو) انتخاب و کارآیی فرآیندهای مختلف بر اساس میزان حذف آن ارزیابی شد. فصل دوم این رساله در ارتباط است با یک فرآیند اکسایش پیشرفته ترکیبی همگن، که از طریق بکارگیری همزمان دو فرآیند فنتونی و فوتو- پرسولفات شکل گرفته است. بدین منظور، ابتدا عملکرد هر یک از این دو فرآیند مطالعه و شرایط بهینه مشخص گردیده است. همچنین، در هر مورد، از شبکه ی عصبی مصنوعی جهت مدل سازی و شبیه سازی اثر پارامترهای عملیاتی مهم استفاده شده است. سپس تحت یک شرایط ملایم عملیاتی، دو فرآیند تلفیق شدند که?منجر به نتایج خوبی در حذف آلاینده الگو گردیده است. در ادامه، طراحی و بکارگیری یک فرآیند اکسایش پیشرفته ترکیبی ناهمگن مد نظر قرار گرفت. از دو فرآیند ?uv/tio2و ?uv/h2o2در این زمینه استفاده شد. بدلیل اینکه فرآیندهای ناهمگن کاتالیزوری جهت پیشرفت مناسب به شرایط خاصی نیاز دارند؛ یک واکنشگاه نوری مجهز به لایه نازک ریزشی محلول بر روی منبع تابشی طراحی و استفاده شده است. برای این فرآیند، پارامترهای عملیاتی بهینه گردیده، مطالعات سینتیکی انجام شده و همچنین سنجش مصرف انرژی صورت پذیرفته است. نتایج بدست آمده نشان داد با اینکه بازده رنگبری فرآیند ترکیبی نسبت به بازده فرآیند فوتو-شیمیایی خیلی بیشتر نیست، ولی اثرگذاری آن بر افزایش بازده تخریب آروماتیک ها قابل توجه می باشد. نتایج مربوط به این بخش با توضیحات تفصیلی آن در فصل سوم آورده شده است. فصل چهارم در باره یک فرآیند اکسایش پیشرفته ناهمگن (uv/tio2) حمایت شده با امواج فراصوت می باشد. بنا به اهمیت ساخت و بکارگیری نانو فوتو-کاتالیست ها، نانو ذرات تیتانیا با ساختار کریستالی آناتاز و با اندازه متوسط 6/11 نانومتر به روش سنتز شیمیایی بخار تهیه گردیده است. همچنین یک واکنشگاه نوری با قابلیت انتشار امواج فراصوت به محیط واکنشی طراحی و ساخته شده است. روش طراحی مرکب مرکزی (ccd) جهت مدل سازی و بهینه سازی فرآیند بکار رفته است. دریافت گردید که حمایت از فرآیند فوتو-کاتالیزوری توسط امواج فراصوت، نقش مهمی در بهبود بازده فرآیند دارد.

برای اصلاح کلویزیت +naو ساختن ارگانوکلی های مختلف از سورفاکتانت های کاتیونی مختلف استفاده شده است. فرآیند تولید ارگانوکلی ها بدون اعمال حرارت و فعال سازی اسیدی انجام گرفته است. ویژگی های کلویزیت +naو ارگانوکلی های تولید شده توسط آنالیز xrd، طیف سنجی مادون قرمز (ftir)، آنالیزهای حرارتی (tg/dtg)، میکروسکوپ الکترونی (fe-sem)، تعیین سطح مخصوص و آزمایش پراکندگی بررسی شده است. الگوی xrd ارگانوکلی ها نشان می دهد ضخامت شبکه کانی رسی در ارگانوکلی ها افزایش یافته است در حالی که ساختار بلورین کانی رسی به خوبی حفظ شده است. نتایج آنالیزهای ftir و tg/dtg نشان دهنده جانشینی مقادیر مناسبی از ترکیبات آلی در تمام ارگانوکلی ها است. در تصاویر fe-sem تفاوت قابل ملاحظه ای بین مورفولوژی کلویزیت +na و ارگانوکلی ها مشاهده نشد. به منظور تعیین سطح مخصوص کلویزیت +na از روش های bet چند نقطه ای، bet تک نقطه ای و آزمایش تیتراسیون متیلن بلو استفاده شد که در این میان نتایج تیتراسیون متیلن بلو به واقعیت نزدیک تر بودند. علاوه بر آن سطح مخصوص ارگانوکلی های تولید شده با استفاده از روش bet چند نقطه ای تعیین شد. آزمایش پراکندگی نمونه ها نشان دهنده تغییر خاصیت آب دوستی کلویزیت +naبه خاصیت آب گریزی و ارگانوفیلیک در ارگانوکلی هاست. با توجه به مجموع نتایج به دست آمده می توان گفت فرآیند تولید ارگانوکلی ها با موفقیت صورت گرفته است. نتایج آزمایشات جذب ترکیبات آلی نشان می دهد هر چه ارگانوکلی تولید شده آب گریزتر باشد در جذب ترکیبات آلی از محیط آبی بهتر عمل می کند. آزمایشات جذب فلزات سنگین بیانگر رابطه عکس بین میزان جذب و ضخامت شبکه ارگانوکلی هاست. به نحوی که با افزایش ضخامت شبکه ارگانوکلی ها میزان جذب فلزات سنگین از محیط آبی کاهش می یابد.

حسگر پیشنهادشده در این کار برای آب اکسیژنه برای بررسی سینتیک تخریب آب اکسیژنه، اندازه گیری، تشخیص اکسیژن و همچنین در پیل های سوختی به عنوان الکترودی ارزان و موثر برای کاهش الکتروشیمیایی اکسیژن استفاده شود. تشخیص و اندازه گیری غلظت داروی زیدوودین به دلیل اثرات نامطلوب این دارو در غلظت های بالای ?m 10 بسیار مهم می باشد. به همین منظور حسگر جدیدی بر اساس نانوکامپوزیت نقره و mwcnt، بر روی سطح الکترود gce تهیه شده است. نتایج نشان داده است که نقره نشانده شده بر روی mwcnt دارای ساختار نانولایه با ضخامت nm 15.5 می باشد. حسگر پیشنهادشده در این کار با استفاده از روش آمپرومتری برای زیدوودین پاسخ سریع و صحیحی داشته و کارایی بسیار مطلوبی نشان داده است. در کار بعدی الکترود خمیر کربن (cpe) اصلاح شده با mwcnt و مایع یونی (il) تهیه شده است. ترکیب بهینه این الکترود با بررسی های الکتروشیمیایی و مطالعات آماری (نرم افزار طراحی آزمایش) به دست آمده است. الکترود بهینه با ترکیب درصد وزنی 60% پودر گرافیت، 2/14% پارافین، 8/10% mwcnt و 15% il خواص الکتروشیمیایی مطلوبی نشان می دهد که با مقادیر پیش بینی شده با مدل استفاده شده به خوبی مطابقت دارد. سطح cpe با نانوساختارهای گل کلمی شکل طلا اصلاح شد. الکترود اصلاح شده سه پیک اکسایشی تیز و کاملاً جدا برای آسکوربیک اسید (aa)، دوپامین (da) و اوریک اسید (ua) نشان می دهد. الکترود تهیه شده دارای مشخصات بسیار مناسبی برای اندازه گیری همزمان این سه ترکیب زیستی دارا می باشد. در کار بعدی، از یک نانوساختار متخلخل گرافیتی (pgcn) جدید تهیه شده از مواد زیستی، برای اصلاح ا gce استفاده گردید و خواص الکتروشیمیایی آن برای کاربردهای متفاوت بررسی گردید. در ابتدا فعالیت کاتالیزوری این ترکیب برای واکنش کاهش اکسیژن با استفاده از ولتامترهای چرخه ای مورد بررسی قرار گرفت. الکترود اصلاح شده با pgcn یک پیک تیز و کاملاً مشخص برای کاهش اکسیژن نشان می دهد. ما پیشنهاد کرده ایم که این کارایی بالای ترکیب pgcn برای واکنش کاهش اکسیژن، مربوط به خاصیت کاتالیزوری ناشی از ناخالصی اکسید آهن افزوده شده به آن می باشد. ازآنجایی که واکنش کاهش اکسیژن مرحله کند سرعت در پیل های سوختی می باشد، این الکتروکاتالیست بدون پلاتین برای واکنش کاهش اکسیژن می تواند یک ترکیب امیدوارکننده برای توسعه پیل های سوختی ارزان قیمت باشد. در آزمایش دیگری pgcn به عنوان بستر برای رسوب دهی الکتروشیمیایی pt-np استفاده شد و کارایی الکترود تهیه شده برای اکسایش الکتروشیمیایی متانول در محیط اسیدی بررسی گردید. آنالیزهای عنصری سطح نشان داد که سطح اصلاح شده با ترکیب pt-np/pgcn شامل 95/4 درصد وزنی پلاتین می باشد. همچنین با استفاده از تکنیک کرونوآمپرومتری مقدار پلاتین بارگذاری شده بر سطح الکترود ?g/cm2 5/21 به دست آمده است. این مقدار کم پلاتین استفاده شده برای اصلاح سطح الکترود به دلیل کاهش هزینه، در تحقیقات در زمینه پیل های سوختی بسیار موردتوجه است. علیرغم این مقدار کم پلاتین استفاده شده، این الکترود دانسیته جریان زیادی (ma/mg 743) برای اکسایش الکتروشیمیایی m 5/0 متانول در محیط اسیدی نشان می دهد که تقریباً دو برابر مقدار گزارش شده برای الکترود تجاری pt/c می باشد. همچنین در این کار نشان داده ایم که نانوکامپوزیت pt-np/pgcn می تواند برای تهیه حس گر با کارایی بالا برای آنالیز غلظت ترکیب سمی متانول در ph طبیعی استفاده شود. الکترودهای اصلاح شده با استفاده از تکنیک های sem، eds، xrd، eis، cv و lsv مشخصه یابی شده اند.